Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 9

Дальность прямой видимости ограничена сферичностью земли и неровностями ее рельефа. В отсутствие прямой видимости радиоволны попадают в пункт приема вследствие дифракции, отражения и рассеяния радиоволн. Эти «явления обусловлены влиянием поверхности земли, неоднородностями тропосферы и ионосферы.

На пути движения волны происходит поглощение ее энергии в полупроводящей земле. К этому добавляется ослабление волны за счет дифракции, вызванной наличием препятствий на пути ее распространения.

В диапазоне УКВ для уменьшения потерь в земле и увеличения' дальности прямой видимости антенны устанавливают на опорах (мачтах). На дальность распространения УКВ оказывает влияние тропосфера. При некоторых метеорологических условиях возникают области, обеспечивающие распространение УКВ на значительные расстояния.

Условия 'распространения радиоволн, наличие помех, мощность передатчика, эффективность антенн, качество фидеров и т. п. определяют надежность работы радиолинии и делают задачу многопараметрической.

МНОЖИТЕЛЬ ОСЛАБЛЕНИЯ

И ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ РАДИОПЕРЕДАЧИ

В свободном пространстве радиоволны, излученные антенной, имеют сферическую расходимость. Вследствие этого электрическая напряженность поля Е убывает обратно пропорционально расстоянию r от антенны.

Ненаправленная антенна, которая излучает мощность Ρ_Σ0 равномерно во все стороны (изотропный излучатель), создает на расстоянии rплотность потока энергии, характеризуемого Пойнтинга вектором П:

П= Ρ_Σ0/4πr²,                                                    (10)          где π = 3,14... Знаменатель этого выражения численно представляет собой площадь сферы, через которую проходит поток энергии излученных волн.

Вектор П связан с действующим значением напряженности поля Е линейной поляризации соотношением

П =E²/120π.                                                    (11)                          

Отсюда нетрудно видеть, что напряженность поля можно выразить как

Е=/r.                                                           (12)

Любая реальная антенна имеет направленные свойства. Она излучает энергию неравномерно. Направленность излучения любой антенны в дальней зоне описывается зависимостью напряженности поля от угловых координат θ, φ при постоянном расстоянии. Эта зависимость называется характеристикой направленности f(θ, φ), где θ — полярный угол, а φ — азимутальный.

Благодаря меньшему расходу энергии на излучение в боковые лепестки диаграммы направленности, направленная антенна создает в главном лепестке на расстоянии r такую же напряженность поля, что и ненаправленная, излучая при этом мощность Ρ_Σ меньшую, чем Ρ_Σ0. Отношение

D = Ρ_Σ0 / Ρ_Σ                                                        (13)    

называется коэффициентом направленного действия (КНД) данной антенны. Таким образом, направленная антенна создает в направлении максимума излучения такую же напряженность поля, что и ненаправленная при большем уровне мощности Ρ_Σ0 = Ρ_Σ ·D. Поэтому

Е=D/ r.                                            (14)

Мощность излучения Ρ_Σ связана с подводимой к антенне мощностью Р_а соотношением

Ρ_Σ = Р_а·h_а                                                                                    (15)

где h_а — КПД антенны, который определяет эффективность преобразовали энергии высокочастотных токов в энергию радиоволн и обратно.

Для одновременного учета потерь в антенне и выигрыша по мощности при направленном излучении служит коэффициент усиления антенны. Он определяется выражением

G=D·h_а(16)

Так как Ρ_Σ ·D= Р_а·h_а·D = Р_а·G, то напряженность поля примет вид

Е=G/r.(17)

В реальных условиях радиоволны при распространении испытывают более сильное затухание, в отличие от того, которое существует в свободном пространстве. Для учета этого затухания вводят множитель ослабления F(r)=E/E_CB, который характеризует отношение напряженности поля для реальных условий, к напряженности поля свободного пространства при равных расстояниях, одинаковых антеннах, одинаковых подводимых к ним мощностях и т. п. или, как говорят, при прочих равных условиях.